DE2812956C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sichtbarmachung von Verformungen verformbarer Gebilde durch holographische Interferometrie nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-OS 21 32 697 bekannt. Es wird zur Durchführung einer zerstörungsfreien Kontrolle von unter Belastung befindlichen mechanischen Teilen angewendet. Die Beobachtung der Verformungen wird durch den Speichereffekt ermöglicht, der den holographischen Medien eigen ist: die Aufzeichnung von zwei aufeinanderfolgenden Wellenfeldern mit ein und demselben Referenzbündel und die Wiederherstellung der aufgezeichneten Streifen durch dieses Referenzbündel gestattet die Erzeugung einer Interferenzfigur, die den Verformungen entspricht. Die Lokalisierung der Streifen ist direkt mit den Verformungen verknüpft, die zwischen den beiden aufgezeichneten Zuständen aufgetreten sind. Zum Sichtbarmachen durch holographische Interferometrie wird als Aufzeichnungsmedium ein photographischer Träger hoher Auflösung verwendet, der eine chemische Entwicklung und eine sehr genaue Wiederpositionierung zwischen den aufeinanderfolgenden Aufzeichnungen erfordert. Es ist nicht möglich, mit Vorrichtungen, die solche Aufzeichnungsmaterialien benutzen, die Verformungen von schwingenden Gebilden zu verfolgen.

Aus der DE-OS 22 56 515 ist ferner ein holographisches Aufzeichnungssystem bekannt, bei dem als Speichermedium ein elektrooptisches, photoleitendes Material verwendet wird. Durch aufeinanderfolgende Aufzeichnungen unter verscheidenen Polarisierungszuständen werden Indexnetze gebildet, die sich selektiv abtasten lassen, um die den einzelnen Aufzeichnungen entsprechenden optischen Informationen getrennt auslesen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Sichtbarmachung von Verformungen verformbarer Gebilde durch holographische Interferometrie anzugeben, das zur Untersuchung von schwingenden Gebilden geeignet ist und einen hohen Kontrast der aufgezeichneten Interferenzstreifen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 5 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Aufzeichnungsmedium ein elektrooptisches und photoleitendes Material verwendet. Die Verwendung dieses Materials ist aber insofern problematisch, als das Auslesen der gespeicherten Information mit einer Löschung derselben einhergeht. Durch die bei dem erfindnungsgemäßen Verfahren vorgesehene Abstimmung der Belichtungszeiten und der Auslesezeit aufeinander wird jedoch der optimale Kontrast erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 6 bis 12 angegeben.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Sichtbarmachen durch holographische Interferometrie für ein lichtdurchlässiges Objekt, wobei die Interferometrie durch doppelte Belichtung erhalten wird,

Fig. 2 eine Kurve, die die Änderungen des Beugungsvermögens in Abhängigkeit von der Belichtungszeit darstellt,

Fig. 3, die Steuersignale, die an die Verschlüsse des Objektbündels des Referenzbündels und des durchgelassenen Bündels der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung angelegt werden,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zum Sichtbarmachen eines lichtdurchlässigen Objekts durch holographische Interferometrie, wobei die Interferometrie durch doppelte Belichtung erhalten wird,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung zum Sichtbarmachen eines schwingenden reflektierenden Objekts, wobei die Interferometrie durch eine gegenüber der Schwingungsperiode lange Belichtung erhalten wird,

Fig. 6 eine kompakte Ausführungsform der Sichtbarmachungsvorrichtung, und

Fig. 7 eine Einrichtung zur Polarisation eines Aufzeichnungskristalls.

Fig. 1 zeigt das Schema einer Vorrichtung zum Sichtbarmachen von Verformungen eines verformbaren Gebildes 1 durch holographische Interferometrie. Das verformbare Gebilde 1 wird in einer ersten Phase durch eine als Objektbündel 2 bezeichnete Strahlung beleuchtet, die aus einem Laser 3 stammt. Das Objektbündel 2 kann mit Hilfe eines Verschlusses 4 abgedeckt werden, der sich im Strahlengang des Objektbündels zwischen zwei Linsensystemen 5 bzw. 6 befindet. Das durch das lichtdurchlässige verformbare Gebilde 1 gebeute Objektbündel 2 wird zu einem dicken elektrooptischen und photoleitenden Aufzeichnungsmedium 7 geleitet. Dieses Medium kann beispielsweise ein Bi₁₂SiO₂₀- oder ein Bi₁₂GeO₂₀-Kristall sein. Diese Kristalle haben nämlich gute optische Eigenschaften, eine große Empfindlichkeit (die der von optischen Platten großer Auflösung äquivalent ist) und eine relativ geringe Einschreibenergie in der Größenordnung von einem Millÿoule pro Quadratzentimeter für ein Aufzeichnungsbündel, das von der Argonlaserquelle geliefert wird. Außerdem kann das Beugungsvermögen 10% bei einem angelegten Feld von 6 kV/cm erreichen, und das Löschen erfordert nur eine Energie und eine Belichtungszeit, die mit denjenigen vergleichbar sind, welche bei dem Einschrieben erforderlich sind. Die Anzahl der Schreib-/Lesezyklen in solchen Materialien ist nicht begrenzt. Schließlich ist es möglich, solche Kristalle mit Abmessungen zu erhalten, die für die vorgesehenen Verwendungszwecke groß sind.

Der Kristall wird somit einem elektrischen Feld in der Größenordnung von 6 kV/cm ausgesetzt. Für diesen Zweck sind zwei Elektroden 8 und 9 auf zwei Flächen des Kristalls angeordnet, die parallel sind und mit den beiden Klemmen eines Spannungsgenerators 10 verbunden sind. Ein Strahlteiler 16, der in dem Strahlengang des Bündels angeordnet ist, gestattet, ein paralleles Referenzbündel zu bilden, das mit Hilfe von zwei Umlenkspiegeln 12 und 19 ebenfalls zu dem Aufzeichnungsmedium geleitet wird. Ein Verschluß 18, der in dem Strahlengang des Referenzbündels angeordnet ist, gestattet, dieses Bündel abzudecken. Die Ebene, die die optischen Achsen des Objektbündels und des Referenzbündels enthält, ist zu den an dem Kristall angebrachten Elektroden orthogonal, so daß das elektrische Feld zu den Interferenzstreifen orthogonal ist. Das Feld wird parallel zu einer Achse des Kristalls angelegt, in der die Verschiebung von Ladungen leicht ist. In der Achse des Objektbündels sind hinter dem Aufzeichnungsmedium eine Linse 13, ein Verschluß 14 und eine Speicherröhre 15, die in der Lage ist, Bilder aufzuzeichnen, angeordnet. Diese Bilder können dann auf einem Schirm 22 angezeigt werden. Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: in einer ersten Phase wird das verformbare Gebilde 1 dem Objektbündel 2 ausgesetzt und das durch dieses Objekt gebeugte Wellenfeld wird durch den Kristall gleichzeitig mit der Referenzwelle empfangen. Die Belichtungszeit t₀ ist so gewählt, daß die entsprechende Figur in Sättigung aufgezeichnet wird, d. h. daß das maximale Beugungsvermögen η _s errreicht wird. Die Kurve von Fig. 2 zeigt dieses Beugungsvermögen η in Abhängigkeit von der Belichtungszeit. Während dieser ersten Phase ist der Verschluß 14 geschlossen und die Verschlüsse 4 und 18 sind geöffnet. Während einer zweiten Phase wird das verformbare Gebilde 1 wieder mit der Objektstrahlung belichtet, wobei die durch das Objekt gebeugte Strahlung und das Referenzbündel interferieren. Die Belichtungszeit während dieser zweiten Phase ist so gewählt, daß die eingeschriebene Interferenzfigur nur zur Hälfte gelöscht wird, so daß während der dritten Phase, bei welcher es sich um die Lesephase handelt, die wiederhergestellten Strahlungen, die den beiden aufeinanderfolgenden Bildern des Objekts entsprechen, interferieren und daß der Kontrast der Streifen maximal ist. Die zweite Phase hat daher eine Dauer von etwa t₀/2.

Da das Lesen zerstörend erfolgt, kann die Lesephase die Zeit t₀/2 nicht überschreiten, d. h. die Zeit, an deren Ende der Kristall in seinen Anfangszustand zurückgekehrt ist. Während dieser Lesephase sind die Verschlüsse 14 und 18 geöffent und der Verschluß 4 ist geschlossen. Die entsprechende Figur wird in der Speicherröhre 15 aufgezeichnet und kann anschließend auf dem Schirm 22 projiziert werden.

Die Funktionen des Unterbrechens des Objektsbündels, des Referenzbündels und des wiederhergestellten Bündels, die in Fig. 3 dargestellt sind, durch die Verschlüsse 4, 14 und 18 können mit Hilfe von elektrooptischen Vorrichtungen mit elektrischer Steuerung realisiert werden, in denen beispielsweise Lithiumniobat- oder KDP-Kristalle benutzt werden. Da das Objekt durch das Objektbündel in einer solchen Vorrichtung nicht ständig beleuchtet wird, ist es möglich, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, das gleiche Referenzbündel für das Aufzeichnen und für das Lesen zu benutzen, wobei das wiederhergestellte interferometrische Bild durch das direkte Objektbündel, das von dem Aufzeichnungsmedium durchgelassen wird, nicht gestört wird, da es bei dem Lesen unterbrochen ist. Eine solche Vorrichtung gestattet, die Verformungen eines bewegten Objekts zu beobachten. Da nämlich die Belichtungszeit t₀ in der Größenordnung von 40 ms liegt, ist die Frequenz des Erscheinens der Interferogramme, wenn die Verschlußfunktionen automatisiert sind, mit einer Fernsehabtastung vergleichbar. Da das dicke Hologramm bei dem Lesen durch das gleiche Referenzbündel beleuchtet wird, wie das, das bei der Aufzeichnung benutzt wird, und da das Hologramm im Durchlicht lesbar ist, ist das gebildete Bild ein virtuelles Bild und erfordert um verbreitet werden zu können, die Verwendung der beschriebenen Sammellinse 13, um ein reelles Bild zu bilden.

Die Vorrichtung zum Sichtbarmachen durch holographische Interferometrie mit doppelter Belichtung, die in Fig. 4 dargestellt ist, gestattet, während des Lesens ein reelles Bild zu bilden und erfordert somit kein Sammelsystem in dem Strahlengang des wiederhergestellten Bündels. In Fig. 4 tragen gleiche Teile wie in Fig. 1 gleiche Bezugszeichen. Der Aufzeichnungsteil der Vorrichtung ist der gleiche wie der, der oben beschrieben ist: Das verformbare Gebilde 1 wird durch das Objektbündel 2 beleuchtet, das aus dem Laser 3 kommt, wenn der Verschluß 4, der zwischen den beiden Linsen 5 und 6 angeordnet ist, offen ist. Das durch das Objekt gebeugte Bündel wird durch den Kristall 7 empfangen, der die Elektroden 8 und 9 trägt, welche mit den Klemmen des Spannungsgenerators 10 verbunden sind. Der Kristall wird außerdem durch das Referenzbündel 11, das aus derselben Quelle stammt, mit Hilfe eines Strahlteilers 16 und eines Systems von Umlenkspiegeln 12 und 19 beleuchtet, wenn der Verschluß 18 offen ist.

Die Vorrichtung enthält außerdem für die Wiederherstellung einen Umlenkspiegel 20, der zu dem von dem Aufzeichnungsmedium durchgelassenen Referenzbündel orthogonal ist und die Aufgabe hat, das Licht auf den Kristall zurückzuwerfen. Der umgekehrte Rückweg des so erhaltenen Lichtes gestattet die Wiederherstellung eines Bündels, das ein reelles Bild bildet. Dieses Bild wird von dem reellen Objekt mit Hilfe einer dünnen Strahlteilerplatte 21 getrennt und in einer konjugierten Ebene P des Objekts in bezug auf die dünne Strahlteilerplatte 21 gebildet. Dieses Bild kann in der Ebene P direkt beobachtet werden oder in der Speicherröhre 15 mit Hilfe eines optischen Systems 23 eingeschrieben werden, um seine anschließende Wiedergabe auf einem Schirm 22 zu ermöglichen. Eine Viertelwellenlängenplatte 24 kann in dem Strahlengang des Referenzbündel zwischen dem Spiegel 20 und dem Aufzeichnungsmedium 7 angeordnet werden, um das optische Rauschen zu reduzieren, das durch die Reflexion hervorgerufen wird, und ein Polarisator 17 kann in dem Strahlengang des wiederhergestellten Bündels hinter der halbdurchlässigen Strahlteilerplatte 21 angeordnet werden, um von dem gebildeten interferometrischen Bild Störbeleuchtungen fernzuhalten, denn der Polarisationszustand des bei dem Lesen gebeugten Bündels ist aufgrund der Doppelbrechungswirkung und des Drehvermögens des Kristalls von dem der Aufzeichnungsbündel verschieden.

Die Vorrichtung von Fig. 4 bildet ein interferometrisches Bild der zwischen zwei Belichtungen vorgekommenen Verformungen und arbeitet in derselben Weise wie die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Vorrichtung: eine erste Belichtung der Dauer t₀ entspricht der Aufzeichnung einer ersten Interferenzfigur und eine zweite Belichtung der Dauer von etwa t₀/2 entspricht der Aufzeichnung einer zweiten Interferenzfigur.

Die resultierende Figur, die den zwischen zwei Belichtungen aufgetretenen Verformungen entspricht, wird in einer dritten Phase der Dauer von etwa t₀/2 wiederhergestellt.

Die Vorrichtungen zum Sichtbarmachen durch holographische Interferometrie mit doppelter Belichtung, die in den Fig. 1 und 4 dargestellt sind, dienen zum Sichtbarmachen der Verformungen von lichtdurchlässigen Objekten. Es ist möglich, analoge Vorrichtungen für reflektierende Objekte zu benutzen. Das Objektbündel wird dann derart zu dem verformbaren Gebilde 1 gerichtet, daß das durch das Objekt gebeugte Licht durch das Aufzeichnungsmedium empfangen wird.

Diese Vorrichtungen sind für eine zerstörungsfreie Kontrolle von Objekten in aperiodischer Bewegung oder in langsamer periodischer Bewegung verwendbar.

Für die Kontrolle von Objekten, die sich in schneller periodischer Bewegung befinden, ist eine andere Vorrichtung zum Sichtbarmachen durch holographische Interferometrie verwendbar. Diese Vorrichtung ist in Fig. 5 für ein Objekt dargestellt, das wenigstens teilweise reflektierend ist. In Fig. 5 tragen gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 4 gleiche Bezugszeichen. Gemäß Fig. 5 sendet ein Laser 3 eine Laserstrahlung aus, aus der das Objektbündel 2 und das Referenzstrahlenbündel 11 gebildet werden. Das Objektbündel wird durch ein schwingendes reflektierendes Gebilde 1 gebeugt, das mit ausgezogener Linie in einer Extremposition dargestellt ist, während die Mittelposition und die andere Extremposition in gestrichelten Linien dargestellt sind. Die Amplitude der Schwingung ist Δ e. Die durch das schwingende Objekt gebeugte Lichtwelle wird durch das Aufzeichnungsmedium 7 empfangen, nachdem sie die teilweise lichtdurchlässige Strahlteilerplatte 21 und eine Sammellinse 6 durchquert hat. Die Referenzwelle wird ebenfalls durch das Aufzeichnungsmedium empfangen.

Die Erfahrung zeigt, daß, wenn die Belichtungszeit des Aufzeichnungsmaterials groß gegenüber der Schwingungsperiode ist und wenn die maximale Amplitude Δ e der Verformung nicht einige zehnmal die Wellenlänge der Strahlung übersteigt, ein festes Interferenzstreifensystem in dem Material aufgezeichnet wird. Diese Interferenzstreifen entsprechen den ersten Nullen der Bessel-Funktion Jo , wobei λ die Wellenlänge der Strahlung ist. Bei der Interferenz zwischen der optischen Referenzträgerwelle der Kreisfrequenz ω₀ mit den Bessel-Komponenten höherer Ordnung als (ω₀+ω _v ), wobei ω _v die Kreisfrequenz der Schwingung ist, wird zwar ein bewegliches Interferenzstreifensystem ebenfalls erzeugt, dieses bewegliche Interferenzstreifensystem wird jedoch in dem dicken elektrooptischen und photoleitenden Aufzeichnungsmedium 7 unter der Bedingung nicht aufgezeichnet, daß die Belichtungszeit gegenüber der Schwingungsperiode des zu untersuchenden Objekts lang ist, wobei die Belichtungszeit wie in dem Fall der Interferometrie durch doppelte Belichtung gewählt wird, damit das maximale Beugungsvermögen η _s in Sättigung erreicht wird. Beispielsweise liegt bei einer Laserquelle mit der Wellenlänge λ=514 nm und einer Leistung von 10 mW/cm² und einem Aufzeichnungsmaterial mit einer Empfindlichkeit von 1 mJ/cm² die Belichtungszeit zum Erreichen der Sättigung in der Größenordnung von 40 bis 50 ms. Das Bild, das auf diese Weise bei dem Lesen erhalten wird, entspricht daher dem Bild des zu untersuchenden Objekts, das durch schwarze Streifen moduliert ist, welche den Nullen der Bessel-Funktion Jo entsprechen.

Es ist auch möglich, durch das wiederhergestellte Bündel das Bild des Objekts zu erhalten, das durch schwarze Streifen moduliert ist, die den Nullen der Bessel-Funktionen höherer Ordnung, wie

entsprechen.

Zu diesem Zweck ist eine akustooptische Vorrichtung 40 (in Fig. 5 gestrichelt) in dem Strahlengang des Referenzbündels angeordnet. Diese Vorrichtung hat die Aufgabe, in dem Referenzbündel der Kreisfrequenz ω₀ eine Frequenzverschiebung hervorzurufen, die ein Vielfaches der Schwingungsfrequenz des zu untersuchenden Objekts ist. Wenn ω _v die Kreisfrequenz des zu untersuchenden Objekts ist, wird das wiederhergestellte Bild schwarze Streifen, die den Nullen der Bessel-Funktion J₁ entsprechen, für eine Referenzstrahlung der Kreisfrequenz (ω₀+ω _v ) und schwarze Streifen, die den Nullen der Bessel-Funktion J₂ entsprechen, für eine Referenzstrahlung der Kreisfrequenz (ω₀+2 ω _v ) enthalten.

Die Vorrichtung, die zum Lesen bestimmt ist, gleicht der unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen. Eine solche Vorrichtung zur holographischen Beobachtung durch zeitliche Mittelung gestattet, die Schwingungsamplituden von reflektierenden schwingenden Oberflächen mit der durch die Interferometrie gegebenen Genauigkeit zu messen und beseitigt die Verwendung von empfindlichen Elementen, die in Berührung mit der schwingenden Oberfläche angeordnet sind.

Die Verwendung eines dicken elektrooptischen und photoleitenden Materials, beispielsweise eines Bi₁₂SiO₂₀- oder Bi₁₂GeO₂₀-Kristalls, in einer solchen Vorrichtung ergibt dieselben Vorteile wie in dem Fall der Holographie durch doppelte Belichtung, d. h. bietet vor allem die Möglichkeit, die interferometrischen Bilder ohne Entwicklung dirket zu beobachten. Es ist möglich, immer unter Verwendung eines elektrooptischen und photoleitenden dicken Materials in der elektrooptischen Querkonfiguration (d. h. derart polarisiert, daß das elektrische Feld zu der mittleren Richtung der Streifen orthogonal ist), andere Methoden der Beobachtung von verformbaren Gebilden durch holographische Interferometrie anzuwenden. Außerdem können die Sichtbarmachungsvorrichtungen, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind, zum Bilden eines Lesebündels, dessen Richtung in bezug auf das Referenzbündel umgekehrt ist, eine zusätzliche Quelle mit derselben Wellenlänge wie das Referenzbündel enthalten, die den Umlenkspiegel 20 ersetzt.

Die in Fig. 6 dargestellte Sichtbarmachungsvorrichtung ist eine kompakte Vorrichtung, die einerseits einen Kopf zur holographischen Sichtbarmachung und andererseits Quelleneinrichtungen enthält.

Zu diesem Zweck wird die Ausbreitung der von der Quelle ausgesandten Strahlung in einem Lichtleitkabel geführt.

Eine solche Vorrichtung weist für eine Verwendung in der Industrie zahlreiche Vorteile auf. Erstens kann die Laserquelle entfernt von dem Objekt, dessen Verformungen verfolgt werden sollen, und sogar in einem anderen Raum angeordnet werden. Zweitens gestattet eine solche Vorrichtung, ohne herkömliche mechanische Einstellungen auszukommen, die durch das Vorhandensein von Linsen oder Spiegeln und, allgemeiner, von diskreten Elementen in dem Strahlengang erforderlich sind.

Gleiche Elemente wie in den vorangehenden Figuren tragen gleiche Bezugszeichen.

Insbesondere wird das zu untersuchende verformbare Gebilde 1 mit einem Objektbündel 2 beleuchtet. Das Objekt beugt die Strahlung und eine Objektwelle Σ0 geht von diesem Objekt aus. Diese Welle wird durch ein elektrooptisches und photoleitendes Aufzeichnungsmedium 7 empfangen. Dieses Material kann beispielsweise ein Bi₁₂SiO₂₀- oder CdS-Kristall sein. Das Aufzeichnungsmaterial wird außerdem durch ein Referenzbündel 11 beleuchtet. In dieser Vorrichtung werden das Objektbündel und das Referenzbündel durch Lichtleitkabel ausgesandt, die mit dem Laser 3 verbunden sind, wobei das Referenzbündel eine sphärische Wellenfläche hat.

Der Spiegel, der die Aufgabe hat, die Referenzwellenfläche zu reflektieren, ohne sie zu deformieren, um eine ständige Beobachtung des Beugungsbildes zu gestatten, ist daher ein sphärischer Umlenkspiegel 200. Damit die direkte Referenzwelle, die für die Aufzeichnung benutzt wird, und die reflektierte Referenzwelle, die für die Wiederherstellung benutzt wird, gleich sind, ist die quasipunktförmige Quelle, die durch die emittierende Fläche des Lichtleitkabels gebildet wird, welches die Referenzwelle emittiert, im Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Umlenkspiegels 200 angeordnet. Der elektrooptische und photoleitende Kristall ist mit Elektroden 8 und 9 versehen, die mit den beiden Klemmen einer Spannungsquelle 10 verbunden sind und gestatten, in diesem Kristall ein elektrisches Feld aufzubauen, das zu der mittleren Richtung der Interferenzstreifen orthogonal ist. Dieser Kristall befindet sich deshalb in einer elektrooptischen Querkonfiguration. Beispielsweise kann bei einem Kristall mit Abmessungen von 30×30 mm das angelegte elektrische Feld in der Größenordnung von 3 bis 6 kV/cm liegen. Statt über ebene Elektroden, die auf zwei Flächen des Kristalls angeordnet sind, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, ist es möglich, das elektrische Feld an den Kristall über Elektroden in Form von Kämmen anzulegen, deren Zinken verschachtelt angeordnet sind. Eine solche Art der Anwendung des elektrischen Feldes ist in Fig. 7 dargestellt, in welcher die Elektroden 80 und 90 die Form von interdigital angeordneten Kämmen haben. Da das Bild diffus ist, stören die interdigital angeordneten Kämme das wiedergegebene Interferogramm nicht.

Oben ist angegeben worden, daß das Objektbündel und das Referenzbündel durch Lichtleitkabel ausgesandt werden, die mit der Laserquelle verbunden sind, wobei diese Lichtleitkabel für die geführte Ausbreitung der Strahlung von der Quelle zu dem Verwendungsort sorgen. Zu diesem Zweck enthält der optische Kopf der Vorrichtung den Laser 3, einen Strahlteiler 16, ein Objektiv 35 und zwei Verschlüsse 4 und 18 zum Unterbrechen der Bündel. Die Laserquelle kann ein Argon-Laser oder ein YAG-Laser sein, der mit doppelter Frequenz arbeitet. Diese beiden Laser emittieren eine sichtbare Strahlung in dem Empfindlichkeitsbereich des Aufzeichnungskristalls BSO. Die von dem Laser ausgesandte Strahlung wird durch den Strahlteiler 16 empfangen, der einen Teil der Strahlung reflektiert und ihn zu der Eingangsfläche eines Lichtleitkabels 36 leitet, welches die Aufgabe hat, die Objektstrahlung zu übertragen. Derjenige Teil der Strahlung, der von dem Strahlteiler 16 durchgelassen wird, wird durch das Objektiv 35 empfangen, nachdem er durch den Verschluß 18 hindurchgegangen ist. Dieses Objektiv fokussiert die Strahlung auf der Eingangsfläche eines Lichtleitkabels 37, das die Aufgabe hat, die Referenzstrahlung zu übertragen. Für dieses Lichtleitkabel 37 wird eine Monomode-Lichtleitfaser gewählt, damit die Wellenfläche der in die Faser eintretenden Strahlung nicht verformt wird und damit am Ausgang dieser Faser einer Punktquelle erhalten wird, die eine sphärische Wellenfläche bildet. Die zerstreute Objektwelle enthält nur einen Teil der durch das Objekt empfangenen Strahlung. Damit der Beitrag des Objektbündels und des Referenzbündels an dem Kristall gleich ist, ist infolgedessen der Strahlteiler 16 so ausgelegt, daß die Objektstrahlung eine größere Intensität als die Referenzstrahlung hat. Die Beleuchtung des Objekts mit dem Objektbündel ist nicht kritisch, da, selbst wenn das Objektlichtleitkabel sich geringfügig verschiebt und wenn die Beleuchtung nicht gleichmäßig ist, gleichwohl eine Objektwelle zu dem Aufzeichnungskristall ausgesandt wird. Dasselbe gilt nicht für das Referenzbündel, denn die emittierende Fläche des Referenzlichtleitkabels muß in bezug auf den sphärischen Spiegel sehr genau positioniert werden. Zur Erzielung einer genauen Positionierung der verschiedenen diskreten Elemente, die in der Nähe des Kristalls erforderlich bleiben, enthält diese Vorrichtung ein Gehäuse 30, in dessen Innerem die verschiedenen Elemente angeordnet sind. Dieses Gehäuse hat ein lichtdurchlässiges Eintrittsfenster 31, durch das hindurch die Objektwelle in den Behälter eintritt. Außerdem ist das Referenzlichtleitkabel über ein Verbindungselement 32 an dem Gehäuse starr befestigt. Der Aufzeichnungskristall ist ebenfalls an dem Gehäuse befestigt und die Verbindung der Elektroden, die an dem Kristall angebracht sind, mit der Spannungsquelle 10 erfolgt einerseits über eine direkte Verbindung mit dem Gehäuse, das an Masse liegt, und andererseits über eine Verbindung, die mit der positiven Klemme der Spannungsquelle verbunden ist, wobei diese Verbindung in den Behälter durch ein Isolierelement 33 hindurch eingeführt ist. Um die Erzeugung des Bildes in einer von dem Objekt verschiedenen Ebene zu gestatten, enthält das Gehäuse außerdem eine dünne Strahlteilerplatte 21 und in dem Strahlengang der wiederhergestellten Strahlung ein Objektiv 23, einen Polarisator 17 und die Speicherröhe 15. Das Objektiv gestattet, die Abmessung des wiederhergestellten Bildes dem Durchmessser der für die Erfindung benutzten Vidikon-Röhre anzupassen. Der Polarisator 17 ist so ausgerichtet, daß das optische Rauschen, welches gegebenenfalls durch das einfallende Objektbündel und das einfallende Referenzbündel hervorgerufen wird, von dem wiederhergestellten Bild ferngehalten wird. Die dünne Strahlteilerplatte 21 ist so nahe wie möglich bei dem Aufzeichnungskristall angeordnet und kann sogar an diesem Kristall befestigt sein, so daß die Vorrichtung so kompakt wie möglich ist.

Außer der genauen Positionierung der emittierenden Fläche des Referenzlichtleitkabels in bezug auf den sphärischen Umlenkspiegel, wovon oben die Rede gewesen ist, muß das Referenzbündel eine weitere Bedingung erfüllen, die darin besteht, die Anfangsmode zu bewahren, damit wirklich eine Punkquelle gebildet wird. Eine Lösung dieses Problems besteht darin, Monomode-Fasern zu benutzen. Solche Fasern haben jedoch einen relativ kleinen Kerndurchmesser (in der Größenordnung von 3 µm) und nur kleine numerische Apertur. Infolgedessen kann die Wirksamkeit der Kopplung der von solchen Fasern ausgesandten Strahlung für einen solchen Verwendungszweck relativ klein sein. Die verlustarmen Brechungsindexgradientenfasern, die gegenwärtig verfügbar sind, sind ebenfalls für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignet. Der Durchmesser kann sich zwischen 40 und 100 µm bewegen. Solche Fasern gestatten, eine Punktquelle zu realisieren, und die Faser wird derart angeordnet, daß diese Punktquelle sich im Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Spiegels befindet.

Die so aufgebaute Vorrichtung bildet eine autonome "holographische Kamera", die mit der Laserquelle über Lichtleitkabel verbunden ist und in irgendeinem Interferenzfeld angeordnet werden kann. Die Wellenlängen der benutzten Strahlung werden in dem Empfindlichkeitsbereich des elektrooptischen und photoleitenden Kristalls gewählt, d. h. zwischen 350 nm und 550 nm. Dieser Kristall kann entweder ein dickes Material (Dicke in der Größenordnung von 2 bis 3 mm) oder ein dünnes Material (Dicke in der Größenordnung von 100 bis 200 µm) sein. Mit einem dünnen Material ist es möglich, das Hologramm wieder zu lesen, indem die Wellenlänge geändert wird. Eine solche Vorrichtung ist zur zerstörungsfreien Prüfung von Objekten benutzbar, die sich in Bewegung befinden oder eine langsame periodische Bewegung ausführen. Wenn die Interferometrie mit doppelter Belichtung erfolgt, dann arbeitet die Vorrichtung in derselben Weise wie die in Fig. 1 dargestellte. Eine solche Vorrichtung gestattet aber außerdem eine Prüfung von Objekten, die eine schnelle periodische Bewegung ausführen. Gemäß der obigen Beschreibung von Fig. 5 wird nämlich ein festes Interferenzstreifensystem in dem Material aufgezeichnet, wenn die Belichtungszeit des Aufzeichnungsmaterials groß gegenüber der Schwingungsperiode des Objekts ist und wenn die Amplitude der Verformung nicht einige zehnmal die Wellenlänge der Strahlung übersteigt. Diese Streifen entsprechen den Nullen der Bessel- Funktion Jo , wobei λ die Wellenlänge der Strahlung und Δ e die maximale Amplitude der Verformung ist.

Außerdem ist es durch Einführen einer Phasenverschiebung in dem Referenzbündel, die gleich einem Vielfachen der Schwingungsfrequenz des Objekts ist, möglich, Streifen zu erhalten, die den Nullen der Bessel-Funktionen höherer Ordnung entsprechen.

Durch Verwendung von anderen elektrooptischen und photoleitenden Materialien, wie beispielsweise AsGa, und durch Verwendung einer Halbleiterlaserquelle mit einer Wellenlänge, die dem Empfindlichkeitsbereich des Aufzeichnungsmaterials angepaßt ist, beispielsweise eines AsGa-Lasers, zum Erzeugen der Strahlung ist es möglich, eine Faser direkt mit der emittierenden Fläche des Lasers zu verbinden und dann integrierte optische Strukturen zu verwenden, mit denen die Fasern verbunden sind, um die Funktionen der Strahlteilung des Bündels und der Unterbrechung der Bündel zu realisieren.

Claims (12)

1. Verfahren zur Sichtbarmachung von Verformungen verformbarer Gebilde durch holographische Interferometrie, bei welcher ein den Verformungen entsprechendes Hologramm in einem Aufzeichnungsmedium durch Doppelbelichtung in einer ersten und in einer zweiten Aufzeichnungsphase, die jeweils verschiedenen Verformungszuständen entsprechen, mit einer ersten bzw. einer zweiten Belichtungszeit aufgezeichnet wird, das Hologramm anschließend durch Beleuchtung mit einer kohärenten Strahlung in einer Lesephase ausgelesen wird, und das so erhaltene interferometrische Bild zwischengespeichert und einer Anzeigerichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufzeichnungsmedium ein elektrooptisches und photoleitendes Material verwendet wird, daß in der ersten Aufzeichnungsphase die erste Belichtungszeit die Dauer t₀ aufweist, die so bemessen ist, daß das elektrooptische und photoleitende Material das maximale Beugungsvermögen erreicht, in der zweiten Aufzeichnungsphase die zweite Belichtungszeit die Dauer t₀/2 aufweist, und daß die Lesephase ebenfalls die Dauer t₀/2 aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Auslesen verwendete Strahlung in zu der Referenzstrahlung entgegengesetzter Richtung auf das Aufzeichnungsmedium gerichtet wird und daß durch Einfügen einer dünnen Strahlteilerplatte zwischen dem verformbaren Gebilde und dem Aufzeichnungsmedium das rekonstruierte reelle Bild in einer von der Ebene des verformbaren Gebildes verschiedenen Ebene abgebildet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beobachtung von schwingenden Gebilden die Belichtungszeit groß gegenüber der Schwingungsperiode bemessen wird und daß das erhaltene interferometrische Bild den Nullen der Bessel-Funktion Jo entspricht, worin Δ e die maximale Amplitude der Verformung und λ die Wellenlänge der

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beobachtung von schwingenden Gebilden mittels einer in dem Strahlengang der Referenzstrahlung angeordneten akustooptischen Einrichtung eine Referenzstrahlung erzeugt wird, deren Frequenz gegenüber der auf das schwingende Gebilde gerichteten Strahlung um ein Vielfaches N der Schwingungsfrequenz F des schwingenden Gebildes verschoben ist, und daß die Belichtungszeit groß gegenüber der Schwingungsperiode bemessen wird, wobei das erhaltene interferometrische Bild den Nullen der Bessel-Funktion J _N · Δ e entspricht, worin Δ e die maximale Amplitude der Verformung und λ die Wellenlänge der zur Belichtung verwendeten Strahlung ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung einer das verformbare Gebilde beleuchtenden Strahlung und einer Referenzstrahlung, einem Aufzeichnungsmedium, ersten Mitteln zur Zuleitung der das verformbare Gebilde beleuchtenden Strahlung auf das verformbare Gebilde, zweiten Mitteln zur Zuleitung der Referenzstrahlung auf das Aufzeichnungsmedium und dritten Mitteln zum Auslesen des auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium ein elektrooptisches und photoleitendes Material ist und daß die ersten und zweiten Mittel aus Lichtleitkabeln (36, 37) bestehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitkabel (37), das zum Leiten der Referenzstrahlung bestimmt ist, eine Monomode-Lichtleitfaser enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitkabel (37), das zum Leiten der Referenzstrahlung bestimmt ist, eine Brechungsindexgradientenlichtleitfaser enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle einen Laser (3), einen Strahlteiler (16) zum Bilden der auf das verformbare Gebilde gerichteten Strahlung und der Referenzstrahlung und ein Objektiv (35) zum Fokussieren der Referenzstrahlung auf den Mittelpunkt der Eingangsfläche des Lichtleitkabels (37), das zum Leiten der Referenzstrahlung bestimmt ist, enthält.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (30) vorgesehen ist, das ein lichtdurchlässiges Eintrittsfenster (31) aufweist, das die vom verformbaren Gebilde ausgehende gebeugte Strahlung durchläßt, und mit einer Einlaßöffnung für das Lichtleitkabel (37), das zum Leiten der Referenzstrahlung bestimmt ist, versehen ist, wobei dieses Gehäuse (30) das Aufzeichnungsmedium (7) und eine Bildaufnahmeeinrichtung (15) umschließt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein sphärischer Umlenkspiegel (200) für die von dem Aufzeichnungsmedium (7) durchgelassene Referenzstrahlung in dem Gehäuse (30) derart angeordnet ist, daß sein Krümmungsmittelpunkt mit der durch das Ende des Lichtleitkabels (37), das zum Leiten der Referenzstrahlung bestimmt ist, gebildeten Punktquelle zusammenfällt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium (7), der sphärische Umlenkspiegel (200), eine Strahlteilerplatte (21), die sich in dem Strahlengang der rekonstruierten, vom verformbaren Gebilde ausgehenden Strahlung befindet, ein Polarisator (17), ein Objektiv (23) und eine Speicherbildröhre (15) im Inneren des Gehäuses (30) befestigt sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Halbleiterlaser ist, der mit dem Strahlteiler (16) und dem Objektiv (35) in integrierter Optik ausgebildet ist.